ES2224399T3 - Utilizacion de un ciclo de fluido refrigerante especialmente para la instalacion de climatizacion de un vehiculo. - Google Patents
Utilizacion de un ciclo de fluido refrigerante especialmente para la instalacion de climatizacion de un vehiculo.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN CICLO (1) DE FLUIDO REFRIGERANTE QUE COMPRENDE DE MANERA CLASICA UN COMPRESOR (2), UN CONDENSADOR (3), UN DEPOSITO DE SEPARACION LIQUIDO/GAS (5), UN REDUCTOR DE PRESION EXPANSION (6) Y UN EVAPORADOR (7). SEGUN LA INVENCION, UN DISPOSITIVO PREREDUCTOR DE PRESION (4) SE INTERPONE ENTRE EL CONDENSADOR (3) Y EL DEPOSITO (5), PARA REDUCIR LA PRESION DEL FLUIDO HASTA SU PRESION DE VAPOR DE SATURACION MANTENIENDO CONSTANTE LA TEMPERATURA DE SUBENFRIAMIENTO DEL FLUIDO EN EL CONDENSADOR Y PUDIENDO, POR CONSIGUIENTE, SER ABSORBIDA LA POTENCIA CALORIFICA POR EL EVAPORADOR.
Description
Utilización de un ciclo de fluido refrigerante
especialmente para la instalación de climatización de un
vehículo.
La invención consiste en un circuito de fluido
refrigerante, pensado para una instalación de climatización en el
habitáculo de un vehículo, que comprende un compresor específico
para aumentar la presión del fluido en estado gaseoso, un
condensador específico para condensar el fluido comprimido por el
compresor y para refrigerarlo en un estado líquido, un depósito
separador específico para separar el gas residual del fluido en
estado líquido que procede del condensador, una válvula
descompresora específica para bajar la presión del fluido que sale
del depósito, y un evaporador específico para hacer pasar el fluido
que procede de la válvula descompresora de estado líquido a estado
gaseoso antes de que vuelva al compresor.
El dibujo 1 es un diagrama que representa un
ciclo termodinámico descrito por el fluido refrigerante en un
circuito de climatización, trazado en un sistema de coordenadas
entalpía/presión. En este sistema, una curva en forma de campana L
envuelve una zona de coexistencia entre el líquido y el gas,
mientras que el fluido se encuentra totalmente en estado líquido a
la izquierda del flanco izquierdo de la curva (entalpía débil) y
totalmente en estado gaseoso a la derecha del flanco derecho
(entalpía elevada).
El ciclo tiene visiblemente forma de un trapecio
rectángulo con bases horizontales. A partir de un punto A situado en
la zona gaseosa, el compresor lleva el fluido a estado gaseoso en un
punto B que corresponde a una entalpía y una presión más altas que
las del punto A. En el condensador, el fluido recorre un segmento
horizontal del punto B a un punto E situado en la zona líquida,
segmento que atraviesa los flancos derecho e izquierdo de la curva L
en los puntos C y D, respectivamente. Los segmentos BC, CD y DE
corresponden respectivamente a una eliminación del
sobrecalentamiento del fluido gaseoso, a la condensación y a una
refrigeración del fluido en estado líquido. En la entrada del
evaporador, el fluido se encuentra en un punto G situado en la zona
líquido/gas, correspondiente al mismo valor de entalpía del punto E
y al mismo valor de presión del punto A. En el evaporador, el fluido
se lleva al punto A cruzando en H el flanco derecho de la curva
L.
En los circuitos de fluido refrigerante ya
conocidos del mismo tipo que el que se ha mencionado anteriormente,
el fluido pasa por el depósito separador del punto E del ciclo
termodinámico, y recorre el segmento EG en la válvula descompresora.
Con el punto E situado en la zona líquida, el depósito se encuentra
entonces totalmente lleno de líquido y la cantidad de fluido que
contiene no puede variar. Cuando la masa total del fluido
refrigerante contenido en el circuito disminuye, sobre todo como
consecuencia de las fugas del circuito, dicha disminución se efectúa
a expensas del condensador, cuya capacidad de refrigeración se ve
así disminuida, lo que provoca el aumento del nivel de entalpía del
fluido en la salida del condensador y en la entrada del evaporador
y, por consiguiente, la reducción de la potencia calorífica
absorbida por el fluido en el evaporador.
Una solución a dicho problema consiste en
apartarse de la arquitectura anteriormente mencionada mediante la
colocación del depósito separador entre una parte de condensación y
una parte de refrigeración del condensador, de modo que el estado
termodinámico del fluido en el depósito corresponda al punto D del
ciclo, situado en la curva de saturación, lo que permite que el
depósito contenga una cantidad de fluido variable en función de la
masa total de fluido en el circuito.
La finalidad de la invención es obtener ese mismo
resultado en un circuito como el que se ha definido en la
introducción.
Para ello, la invención prevé que dicho circuito
de fluido refrigerante comprenda, además, un dispositivo de
expansión previa colocado entre el condensador y el depósito, para
bajar la presión del fluido hasta su presión de vapor saturado
seco.
La utilización de un circuito de fluido
refrigerante según el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce en
el documento US-A-4 742 694. En
relación con dicho documento, la invención se caracteriza por los
elementos de la parte caracterizadora de la reivindicación 1.
El dispositivo de expansión previa lleva el
fluido del estado termodinámico correspondiente al punto E hasta el
correspondiente al punto F, situado de nuevo en la curva de
saturación, estado en el que se encuentra, por consiguiente, el
fluido contenido en el depósito separador. La válvula descompresora
lleva inmediatamente el fluido del punto F al punto G.
Es conveniente hacer notar que la utilización del
circuito según la invención impide que el punto representativo del
estado termodinámico del fluido contenido en el depósito penetre en
la zona líquida. En efecto, si tiende a hacerlo, de ello resulta un
aumento de la cantidad de líquido en el depósito y, como
consecuencia, una disminución de la cantidad de fluido en el
condensador y una limitación de la cantidad de fluido en el
condensador y una limitación de la refrigeración, lo que separa el
segmento EG hacia la derecha y, por ello, reconduce el punto
representativo del estado del fluido hasta el depósito sobre la
curva de saturación.
A continuación se describen características
opcionales de la invención, complementarias o alternativas:
- El condensador y el depósito se colocan
distanciados el uno del otro, y el dispositivo de expansión previa
se coloca directamente en la salida del condensador, unido al
depósito mediante un conducto de conexión.
- El condensador, el dispositivo de expansión
previa y el depósito se colocan distanciados los unos de los otros y
se comunican mediante conductos de conexión.
- El condensador y el depósito se colocan
distanciados el uno del otro y el dispositivo de expansión previa se
coloca directamente a la entrada del depósito, comunicado con el
condensador mediante un conducto de conexión.
- El condensador, el dispositivo de expansión
previa y el depósito forman un conjunto monobloque y el dispositivo
de expansión previa se coloca directamente en la salida del
condensador y en la entrada del depósito.
- Dicha válvula descompresora es una válvula
descompresora termostática que presenta una abertura de paso
regulable en función del estado del fluido que sale del evaporador y
del dispositivo de expansión previa; el depósito y la válvula
descompresora termostática forman un conjunto monobloque.
- El dispositivo de expansión previa está formado
por un estrechamiento en el trayecto del fluido entre el condensador
y el depósito.
- El dispositivo de expansión previa está formado
por una válvula de cierre específica para conducir una pérdida de
carga visiblemente independiente del flujo del fluido. Las
características y ventajas de la invención se explicarán más
detalladamente en la descripción que aparece más adelante, en los
dibujos que se adjuntan, en los cuales:
- la figura 1 es un diagrama termodinámico que ya
se ha comentado anteriormente;
- la figura 2 es un diagrama que muestra la
variación del grado de refrigeración producida por el condensador en
función de la masa de fluido en un circuito según la invención;
- la figura 3 es un esquema de un circuito de
fluido refrigerante según la invención;
- las figuras 4 a 8 son representaciones
esquemáticas que muestran las diferentes posibilidades para la
implantación del dispositivo de expansión previa; y
- la figura 9 es una vista en sección de un
dispositivo de expansión previa con forma de válvula de cierre
tarada.
El circuito 1, representado de modo esquemático
en el dibujo 3, está formado por un compresor 2, un condensador 3,
un dispositivo de expansión previa 4, un depósito separador o
"botella" 5, una válvula descompresora 6 y un evaporador 7,
recorridos en este orden por el fluido refrigerante. La parte
inferior del depósito 5 está llena de fluido en estado líquido, el
gas residual que penetra en el depósito queda por encima del nivel
del líquido y sólo el fluido en estado líquido se recoge por debajo
de dicho nivel para enviarlo hacia la válvula descompresora 6. En el
condensador 3 se indican de forma esquemática: una parte de
eliminación del sobrecalentamiento 3-1, en el que el
fluido en estado gaseoso que procede del compresor se refrigera
hasta la temperatura de equilibrio líquido-gas; una
parte de condensación 3-2 en la que el fluido se
condensa a la temperatura de equilibrio; y una parte de
refrigeración 3-3 en la que el fluido en estado
líquido se refrigera por debajo de la temperatura de equilibrio. Del
mismo modo, el evaporador 7 comprende una parte de vaporización
7-1 y una parte de sobrecalentamiento
7-2.
La figura 4 muestra una curva representativa de
la variación de la diferencia \DeltaT entre la temperatura de
equilibrio líquido/gas en el condensador (temperatura de
condensación) y la temperatura del fluido en la salida del
condensador, después de la refrigeración, en función de la masa m de
fluido contenido en un circuito según la invención. Dicha curva está
formada por una primera parte ascendente hasta un valor m^{1}, una
segunda parte horizontal de m^{1} a m^{2}, y una tercera parte
ascendiente por encima de m^{2}. El tramo plano se obtiene gracias
a la variación de la cantidad de fluido contenida en el depósito 5,
los valores m^{1} y m^{2} corresponden respectivamente a los
niveles mínimo y máximo de líquido en aquél. El grado de
refrigeración y, por consiguiente, de rendimiento del circuito,
permanecen visiblemente constantes hasta que las fugas llevan la
masa de fluido hasta m^{1}. La masa inicial de fluido se elige
preferentemente cercana a m^{2}, de forma que la duración de
funcionamiento estable sea lo más larga posible. La longitud del
tramo plano está en función de la capacidad de separación
líquido/gas y del volumen del depósito.
En el circuito conocido descrito anteriormente en
el que el estado termodinámico del fluido en el depósito separador
corresponde al punto E del ciclo, el tramo plano de la curva de la
figura 2 no existe y el grado de refrigeración varía de forma
continua según la cantidad de fluido.
El dispositivo de expansión previa está
representado como ejemplo en forma de un diagrama
4-1 dispuesto atravesando el trayecto del fluido y
presentando un orificio 4-2. Este diagrama puede
sustituirse por un trozo de tubo que presente un diámetro inferior
reducido con relación al tubo que une el depósito 5 y la válvula
descompresora 6, por ejemplo, un diámetro de 2 a 3 mm. en lugar de
6 mm.
Como lo muestra el dibujo 3 de forma esquemática,
el condensador 3, el dispositivo de expansión previa 4 y el depósito
5 pueden estar alejados los unos de los otros y comunicados entre
ellos mediante conductos de conexión.
Como variante, el dibujo 4 muestra un condensador
3 en cuya salida está integrado el dispositivo de expansión previa
4, la entrada del condensador y la salida del dispositivo de
expansión previa 4 unidos al compresor y al depósito no
representados mediante los conductos respectivos 11 y 12.
El dibujo 5 representa un conjunto monobloque
formado por un condensador 3, un depósito separador 5 y un
dispositivo de expansión previa 4 unido directamente a la salida del
condensador y a la entrada del depósito.
En el ejemplo de implantación según el dibujo 6,
el dispositivo de expansión previa 4 está integrado en la entrada
del depósito separador 5. La entrada 13 del dispositivo de expansión
previa y la salida 14 del depósito pueden estar unidas al
condensador y a la válvula descompresora no representados mediante
los conductos respectivos.
Los dibujos 7 y 8 muestran de forma esquemática,
respectivamente, en corte vertical y vistos desde arriba, un
conjunto monobloque que comprende un dispositivo de expansión previa
4, un depósito separador 5 y una válvula descompresora termostática
6. La válvula descompresora termostática 6 comprende de forma
conocida una cámara de expansión 6-1 y una cámara de
control 6-2, atravesadas por el fluido
respectivamente en su trayecto desde el depósito 5 hacia el
evaporador 7 y en su trayecto desde el evaporador hacia el
compresor; la acción de expansión ejercida en la cámara de expansión
6-1 está regulada en función de la temperatura y/o
de la presión del fluido en la cámara 6-2. En el
ejemplo representado, el dispositivo de expansión previa 4 y la
válvula de descompresión 6 están integrados en un bloque 15 que
limita por arriba el volumen interior del depósito 5. La salida del
dispositivo de expansión previa y la entrada de la cámara de
expansión 6-1 se confunden respectivamente con la
entrada y la salida del depósito 5.
En cada uno de los dibujos del 5 al 7, se ve un
volumen de fluido en estado líquido 16 que ocupa la parte inferior
del depósito 5, y un elemento 17 que filtra y desecha, colocado por
encima del nivel del líquido. En el dibujo 5, la entrada y la salida
del depósito se encuentran en la parte inferior. El fluido que entra
en el depósito es conducido por un tubo 18 hasta arriba del filtro
17, que el líquido debe cruzar de arriba hacia abajo para llegar al
fondo del depósito; después sale directamente por la salida
inferior. En los dibujos 6 y 7, la entrada y la salida están
colocadas en la parte superior. El fluido penetra directamente en el
espacio dispuesto por encima del filtro 17 y el líquido está
conducido por un tubo 19 de la parte inferior en la salida superior.
De forma general, la entrada y la salida se pueden colocar en
cualquier lugar del depósito separador, siempre que el fluido se
libere por encima del filtro 17 y se tome por debajo del nivel del
líquido 16.
La pérdida de carga producida por el dispositivo
de expansión previa con diafragma, ilustrado de forma esquemática en
el dibujo 3 es función creciente del flujo de fluido. Si se desea
una pérdida de carga constante, se puede adoptar un dispositivo de
expansión previa que presente una abertura de paso que sea función
creciente del flujo, como el ilustrado en el dibujo 9. Este
dispositivo 20 comprende una bola 21 forzada hacia una base 22 con
un resorte helicoidal 23, de forma que se obstruya el paso del
fluido. La presión del fluido tiende a separar la bola de su base
comprimiendo el resorte 23.
Por supuesto, el dispositivo del dibujo 9 sólo se
ha descrito como ejemplo y puede sustituirse con cualquier
dispositivo conocido que sea equivalente.
La colocación del dispositivo de expansión previa
inmediatamente en la salida del condensador y/o inmediatamente en la
entrada del depósito, y/o la disposición de la válvula descompresora
inmediatamente en la salida del depósito, como se describen en
relación con los dibujos 4 y 8, tienen la ventaja de que simplifican
el montaje del circuito y disminuyen el número de empalmes
impermeables a prever.
Claims (8)
1. Utilización de un circuito (1) de fluido
refrigerante, en especial mediante una instalación de climatización
del habitáculo de un vehículo; que comprende un compresor (2) que
eleva la presión del fluido en estado gaseoso, un condensador (3)
que condensa el fluido comprimido por el compresor, un depósito
separador (5) que separa el gas residual del fluido en estado
líquido que procede del condensador, un dispositivo de expansión
previa (4) colocado entre el condensador y el depósito, en estado
líquido hasta su presión de vapor saturado seco, una válvula de
descompresión que disminuye la presión del fluido que sale del
depósito y un evaporador (7) que hace pasar el fluido procedente de
la válvula de descompresión de estado líquido a estado gaseoso antes
de su regreso al compresor (2), caracterizado por el hecho de
que el condensador (3) refrigera en estado líquido el fluido
comprimido por el compresor, siendo la refrigeración visiblemente
constante entre un nivel mínimo y un nivel máximo de líquido en el
depósito separador (5) y por el hecho de que el dispositivo de
expansión previa (4) hace disminuir la presión del fluido.
2. Utilización de un circuito según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el
condensador (3) y el depósito (5) están colocados alejados el uno
del otro y por el hecho de que el dispositivo de expansión previa
(4) se coloca directamente en la salida del condensador y está
comunicado con el depósito mediante un conducto de conexión
(12).
3. Utilización de un circuito según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el
condensador (3), el dispositivo de expansión previa (4) y el
depósito (5) se colocan alejados los unos de los otros y comunicados
entre los mismos mediante conductos de conexión.
4. Utilización de un circuito según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho que el
condensador (3) y el depósito (5) están colocados alejados el uno
del otro y porque el dispositivo de expansión previa (4) está
colocado directamente en la entrada del depósito y se comunica con
el condensador mediante un conducto de conexión.
5. Utilización de un circuito según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el
condensador (3), el dispositivo de expansión previa (4) y el
depósito (5) forman un conjunto monobloque y porque el dispositivo
de expansión previa (4) está colocado directamente en la salida del
condensador (3) y en la entrada del depósito (5).
6. Utilización de un circuito según una de las
reivindicaciones 4 y 5, caracterizado por el hecho de que
dicha válvula de descompresión es una válvula de descompresión
termostática (6) que presenta una abertura de paso regulable en
función del estado del fluido que sale del evaporador, y por el
hecho de que el dispositivo de expansión previa (4), el depósito (5)
y la válvula de descompresión termostática forman un conjunto
monobloque.
7. Utilización de un circuito según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el dispositivo de expansión previa está formado por un
estrechamiento (4-1) en el trayecto del fluido entre
el condensador y el depósito.
8. Utilización de un circuito según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el dispositivo de expansión previa está constituido por una
válvula de cierre (20) que produce una pérdida de carga visiblemente
independiente del flujo del fluido.
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